集散控制系统的功能与发展

摘要 本文主要描述了集散控制系统所完成的功能：能够完成多种控制功能、具有良好的通讯、人-机接口和自诊断功能等，在更为高端的集散型控制系统中，还包含有生产的管理、指挥和调节的功能等。对于集散控制系统在不同时期的发展情况也进行了积极的探讨。

关键词 集散系统；控制功能；自诊断功能；通讯功能

中图分类号TP2 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）41-0223-01

集散控制系统（Total Distributed Microprocessor Control System）是从70年代中业才开始出现并发展起来的，是一种以微处理器为核心的分散型的计算机控制。它是计算技术（Computer Technology）、阴极射线管（CRT）技术、控制技术（Control Technology）和网络通讯技术（Communication Technology）相结合的产物，是4C技术的结晶。当今的集散系统不仅能实现过程控制和管理，还对于楼宇自动化等远程监控控制起到了举足轻重的作用。随着科学技术不断发展，生产设备规模逐渐扩大，工业生产技术、生产工艺过程日趋复杂，对实现生产过程的自动控制系统更加地提出了高要求。

1集散控制系统的功能

1.1控制能力

在控制能力方面 ，由于一台控制能力单一性的常规模拟仪调节器，只能进行一种控制方式。在现代化工厂的实际控制中，为了实现多种的控制方案，大都需要装备各种形式的调节仪表和辅助控制单元，以此来形成相对应的控制回路。对于那些复杂的控制任务，在完成单个参数和单个回路的控制外，还必须完成前反馈、非线性和多变量等相关的复杂控制功能，出现这种情况后，一般的模拟仪表因为受到某些功能的限制而无法满足要求。为了既能发挥常规模拟仪表和计算机系统的优势，又能改进其不足的劣势，人们开始了新的深入研究和探索。1970年代初，随着大规模的集成电路和微处理器的出现，以及阴极射线管显示技术和数字网络通讯技术的深入发展，为新型控制系统的研发奠定了良好的基础。随着微处理技术的快速进步，原来一台大型综合计算机能完成的任务，现在可以由几十甚至上百台微处理机来协作完成，各小型的微处理机之间通过使用计算机网络通讯技术连接起来，以此构成了一个完备的控制系统。微处理机能够被方便的安装到各个控制对象的周围，从而可以节约大量的电缆和安装费用。这样的控制结构，使得一台微处理机只用于较少的几个回路的控制，从而大大分散了控制的危险性。

1.2人－机接口能力

一般的工厂通常都把常规的模拟仪表集中起来进行控制 ，导致安装到中央控制室内仪表盘上的仪表数量能达数千台，这样需要的控制室的面积就很大。以年产20万t的聚酯装置为例，集中控制的仪表 ，虽然采用高密集的排列方式，组装成的仪表盘还是长达60多m。实际生产中，操作者得从仪表盘上一个一个的读取仪表的数值,才能知道生产中各个参数的变化量,从而掌握整个生产过程操作的规律,及时调整仪表常数和修改过程参数的变化情况,以保证整个工厂生产的安全性和优质产品生产的稳定性。从上面的实例可以看出常规仪表的人-机联系能力较差，操作和监视起来都很困难。但是使用集散控制技术的生产过程，操作者只通过显示屏和操作键盘，就可以监控整个生产设备和工厂的生产状况，按已经编制好的控制方式来组态各个控制回路，通过改变控制回路的某个常数，就可以对各种机电装置进行控制，这样就完成了真正的集中操作和分散管理，使得人－机联系和集中监控功能得以完善。

1.3通讯能力

通讯是集散系统所具有的重要能力。为了执行各种分散管理，控制模块和各级位人－机接口都要靠网络通讯系统连接成为一个整体，从而构成一个局部区域网络（LAN）。这是一种在小区域内（一个工厂，一般几公里之内）使各种数据通讯设备互连的通讯网络。集散系统传输信息是以完成某种生产为最终目的，因此它又不同于一般的计算机网络：1）具有快速的实时响应能力，一般计算机局域网络平均响应时间为2000ms~6000ms，而集散系统的控制网络要求10ms~500ms；2）恶劣工作环境的适应能力强 能抗强电干扰、雷电干扰、电磁干扰和地电位差的干扰；3）具有较高的可靠性，能够连续准确运行，系统利用率在99.999%以上。

1.4自诊断能力

集散系统的可靠性、系统的平均无故障时间和故障的修复时间，是集散控制系统重要的三大性能指标，为了大大的提高这3个指标，就要求集散系统的各主机和从机都必须具有极强的自诊断能力。在控制系统的工作过程中各主机和从机一直进行在线自诊断程序的运行，发现错误的报警信号，就即刻切换到其它的备用设备，备用设备继续运行，不影响整个的工业生产控制过程；同时操作者通过看显示屏上所显示的故障报警号码，及时处理故障。一般情况下故障号码大都定位到插件板上，操作者只需及时换掉插卡，就能起到修复故障的作用，使得设备的维修极为方便。

2 集散型控制系统发展的几个阶段

集散系统是70年展起来的新型控制系统，由于它具有众多的优越性，目前已被广泛应用于楼宇自动化控制、纺织、化工和电力、煤炭等多种行业，其发展前景十分广阔。 初创期的DCS通讯系统是一种初级局部网络，全系统由一个通讯指挥器指挥，对各单元的访问采用轮询的方式。80年代后，集散系统的发展进入成熟期。各种高新技术，特别是信息处理技术和计算机网络技术的飞速发展是DCS的强大技术后盾。 进入扩展期的DCS系统反过程控制、监督控制、管理调度更有力地结合起来，并且继续加强继续控制功能，采用专家系统、MAP（Manufacture Automation Protold）标准以及表面安装技术。扩展期集散系统的特点是综合化、开放化和现场级的智能化。现今由于很多小型计算机和可编程控制器已经具有了大型集散系统所具有的控制能力，使得集散系统的规模朝着可靠和价廉的微型集散系统的方向发展，所以将来微型集散系统将具有更为强大的吸引力，当然这并不排斥在某些工厂中大型DCS仍起着主导作用。从销售服务的角度看，现今的DCS系统成套服务（System Integration－SI）日趋成熟，由集散系统的Hardware销售为主的情况进入了以工程项目为出发点的成套服务，包括Software服务、传感器和变送器安装维修的一系列的服务。

3 结论

集散系统的控制就是利用计算机技术和网络技术对现代工厂的整个生产过程进行集中的操作、分散的管理、监视的控制技术。它是各种工业过程控制的核心技术，它的蓬勃发展必将引领整个中国工业自动化控制的进程。